DE19611189A1 - Magnetoelastischer Druckaufnehmer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen magnetoelastischen Druckaufnehmer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein einfacher, robuster und serientauglichen Meßwertaufnehmer bereitgestellt, der auch unter schwierigen physikalischen Umwelteinflüssen zuverlässig arbeitet und z. B. zur Messung von Öl-Drucken in Kraftfahrzeugen verwend­ bar ist.

Ein gattungsgemäßer magnetoelastischer Druckaufnehmer ist aus der DE 36 04 088 C2 bekannt. Er zeichnet sich aufgrund des weit­ gehenden Verzichts auf mechanisch bewegbare Teile durch eine zu­ verlässige Arbeitsweise und einfache Herstellungsweise aus. Der Druckaufnehmer nutzt den magnetoelastische Effekt, welcher als Umkehrung der Magnetostriktion verstanden werden kann und bei dem eine elastische Dehnung eines ferromagnetischen Stoffes zu einer magnetischen Permeabilitätsänderung führt. Die Permeabili­ tätsänderung kann als elektrisch auswertbare Änderung einer Spu­ leninduktivität aufgenommen werden. Die weglose Druckmessung kann mit Hilfe von speziellen amorphen oder nanokristallinen, weichmagnetischen magnetoelastischen Meßschichten realisiert werden. Konstruktiv besteht der bekannte Druckaufnehmer aus ei­ nem die magnetoelastische Metallschicht tragenden Hülsenkörper, der im Meßabschnitt elastisch dehnbar ausgebildet ist, und einem Signalaufnehmer mit einer dem Meßabschnitt zugeordneten Meßspu­ le. Eine Referenzspule ist einem spannungsfreien Abschnitt der magnetostriktiven Metallschicht zugeordnet und wird zur Kompen­ sation thermischer Effekte verwendet. Bei in dem Hülsenkörper unter Einfluß eines anliegenden Druckes auftretenden mechani­ schen Spannungen erfolgt über die magnetoelastische Kopplung in der Metallschicht eine Änderung der magnetischen Permeabilität, welche in der Meßspule eine entsprechende Induktivitätsänderung hervorruft. Da die Meß- und der Referenzinduktivität zu einer elektrischen Halbbrücke verschaltet sind, ist die Differenzin­ duktivität ein Maß für den zu messenden Druck, wobei thermische Einflüsse wie Nullpunktsdrift und Empfindlichkeitsfehler elimi­ niert sind. Als Auswerteschaltung ist eine einfache Trägerfre­ quenz-Elektronik geeignet, welche auf Induktivitätsänderungen anspricht und ein dem Druck entsprechendes Spannungssignal gene­ riert. Bei dem in der gattungsbildenden Schrift beschriebenen Druckaufnehmer sind die Meßspule und die Referenzspule axial hintereinander angeordnet, was eine langgestreckte Bauart erfor­ derlich macht. In manchen Anwendungen ist aber aus Platzgründen eine kürzere Bauart notwendig.

Ferner ist in der DE 38 19 083 C2 eine Kraftmeßvorrichtung be­ schrieben, welche zur Messung einer auf einen Meßbolzen einwir­ kenden mechanischen Kraft geeignet ist. Die Kraftmeßvorrichtung weist einen äußeren Druckhülsenkörper und einen darin eingescho­ benen koaxialen Zughülsenkörper auf, welche mechanisch so mit­ einander gekoppelt sind, daß unter Einwirkung der zu messenden Kraft in dem Druckhülsenkörper eine Druckspannung und in dem Zughülsenkörper eine Zugspannung auftritt. Die mechanischen Spannungen werden von magnetoelastischen Meßschichten auf den Mantelflächen der Hülsenkörper in Permeabilitätsänderungen umge­ wandelt, welche durch zugeordneten Meßspulen aufgenommen werden. Durch die Verschaltung der dem äußeren Hülsenkörper zugeordneten Meßspule und der dem inneren Hülsenkörper zugeordneten Meßspule zu einer induktiven Halbbrücke, wird die Differenzinduktivität beider Meßspulen aufgenommen. Aufgrund der unter Krafteinwirkung gegensinnig erzeugten mechanischen Spannungen und daher auch ge­ gensinnigen Induktivitätsänderung in den beiden Meßspulen, er­ gibt sich für die Differenzinduktivität ein sich aus der Summe der Beträge beider Induktivitätsänderungen zusammengesetztes Si­ gnal, wobei thermische Fehlereinflüsse, die in beiden Meßspulen in gleicher Weise auftreten, bei der Differenzbildung eliminiert werden. Da sich die einwirkende Kraft auf beide Hülsenkörper aufteilt, ergibt sich je nach Auslegung entweder eine Vergröße­ rung bis zur Verdopplung des Meßbereiches oder eine Verringerung bis zur Halbierung der Nichtlinearität, bei gleichzeitig guter Kompensation thermischer Fehler. Insgesamt ist die bekannte Kraftmeßeinrichtung zur Messung von mechanischen Kräften gut ge­ eignet. Eine Messung von Flüssigkeits- oder Gasdrücken ist mit der bekannten Kraftmeßvorrichtung jedoch nicht ohne weiteres möglich.

Des weiteren ist in der DE 43 33 199 C2 die chemische Zusammen­ setzung und Herstellungsweise einer verbesserten magnetoelasti­ schen Meßschicht beschrieben.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Druckaufneh­ mer so auszubilden, daß seine Baulänge möglichst gering aus­ fällt, wobei eine gute thermische Fehlerkompensation sicherge­ stellt sein soll.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Merkmale der Unteransprüche vorteilhafte Aus- und Wei­ terbildungen kennzeichnen.

Der erfindungsgemäße Druckaufnehmer unterscheidet sich von dem bekannten Druckaufnehmer durch die radiale Bauart. Die beiden Meßschichten sind nicht wie beim Stand der Technik in axialer Richtung hintereinander angeordnet, sondern sind koaxial, in ra­ dialer Richtung aufeinanderfolgend angeordnet, so daß eine äuße­ re Meßschicht eine innere Meßschicht mit zugehöriger Meßspule umschließt. Die radiale Bauart ermöglicht eine Anpassung an kür­ zere Bauräume.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei entsprechender Aus­ gestaltung der beiden Hülsenkörper die unter Einfluß des zu mes­ senden Druckes in den Meßschichten bewirkten Permeabilitätsände­ rungen gegenläufig sind. Die aufgenommene Differenzinduktivität der beiden Meßspulen entspricht dann der Summe der Beträge der Induktivitätsänderungen beider Meßspulen. Je nach Auslegung er­ gibt sich gegenüber einem Meßwertaufnehmer mit nur einem dehnba­ ren Hülsenkörper eine Verdopplung des Meßbereiches beziehungs­ weise eine Halbierung der Nichtlinearität, unter Beibehaltung einer guten Kompensation von thermischen Nullpunktsdriften und Empfindlichkeitsänderungen.

Mit der radialen Bauart lassen sich besonders einfache und damit sehr kostengünstige Varianten, insbesondere für den Serienein­ satz aufbauen. Diese sehr einfachen, robusten und kostengünsti­ gen Varianten können den zur Zeit verwendeten Serien-Öldruck­ sensor in Kraftfahrzeugen vorteilhaft ersetzen.

In einer weiteren Ausführungsform ist der erfindungsgemäße ma­ gnetoelastische Druckaufnehmer zu einem Differenzdruckaufnehmer weitergebildet, welcher den Differenzdruck zweier anschließbarer Druckquellen mißt.

Bei den erfindungsgemäßen Druckaufnehmern wird gegenüber dem be­ kannten Druckaufnehmer eine weiterentwickelte und optimierte amorphe weichmagnetische magnetoelastische Meßschicht einge­ setzt.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen des erfin­ dungsgemäßen Druckaufnehmers ergeben sich aus weiteren Unteran­ sprüchen in Verbindung mit der folgenden Beschreibung.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Druckaufnehmer,

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Differenzdruckaufnehmer.

In Fig. 1 ist der konstruktive Aufbau des erfindungsgemäßen Druckaufnehmers dargestellt. Der Druckaufnehmer weist einen in­ neren Hülsenkörper 12 auf, der im Inneren eines äußeren Hülsen­ körpers 2 koaxial angeordnet ist. Der innere Hülsenkörper 12 ist stirnseitig mit einer Druckscheibe 3 aus einem nichtmagnetischen Edelstahl abgeschlossen und stützt sich an seinem anderen Ende gegen ein den äußeren Hülsenkörper 2 abschließendes Bodenteil 14 ab. Der äußere Hülsenkörper 2 wiederum ist stirnseitig, unter Einschluß des inneren Hülsenkörpers 12 und der Druckscheibe 3, mit einem Flanschteil 1 zur Befestigung des Druckaufnehmers an eine Meßstelle abgeschlossen, wobei das Flanschteil 1 eine Öff­ nung 15 aufweist, durch welche die Druckscheibe 3 mit dem zu messenden Druck beaufschlagbar ist. Die Öffnung 15 kann als Boh­ rung in einem Gewindestück 16 zur Befestigung ausgeführt sein.

Jeder der beiden, aus einem geeigneten nichtmagnetischen Feder­ stahl bestehenden Hülsenkörper 2, 12 trägt auf seiner Mantelflä­ che eine weichmagnetische magnetoelastische Meßschicht 4, 5, de­ ren Permeabilitätsänderungen durch zugeordnete Meßspulen 6, 7 meßbar sind. In vorteilhafter Weise sind die Meßspulen 6, 7 bei­ der Hülsenkörper 2, 12 zu einer elektrischen Halbbrücke ver­ schaltet, um die Differenzinduktivität der beiden Meßspulen 6, 7 aufzunehmen.

Zur elektronischen Auswertung der induktiven Halbbrückenschal­ tung eignen sich Trägerfrequenz-Module für ein spannungsanaloges Ausgangssignal oder Oszillatorelektroniken für ein frequenzana­ loges Ausgangssignal. Eine elegante Möglichkeit die druckanalo­ gen Änderungen der induktiven Halbbrücke elektronisch auszuwer­ ten, bietet auch der im Handel erhältliche integrierte Schalt­ kreis AD598 der Firma ANALOG DEVICES. Die Verschaltung zweier Meßspulen zu einer induktiven Halbbrücke und Auswertung der Dif­ ferenzinduktivität ist in der DE 36 04 088 C2 und der DE 38 19 083 C2 eingehend beschrieben und wird hier durch Verweis aufge­ nommen.

Die beiden Hülsenkörper 2, 12 sind so ausgebildet, daß bei Druckbeaufschlagung der Druckscheibe 3, infolge derer der innere Hülsenkörper 12 einer Druckspannung und der äußere Hülsenkörper 2 einer entgegengesetzten Zugspannung ausgesetzt ist, geringe Längenänderung im Bereich der Meßschichten 4 bzw. 5 eintreten, welche gegenläufig sind und entsprechend zu gegenläufigen Perme­ abilitätsänderungen in den entsprechenden Meßschichten 4, 5 füh­ ren. Um diese Längenänderungen zu ermöglichen sind in dem Aus­ führungsbeispiel die Wandstärken der Hülsenkörper 2, 12 im Be­ reich der Meßschichten 4, 5 reduziert. Alternativ ist anstelle der Reduzierung der Wandstärke auch eine Materialaufweichung denkbar. Aufgrund der gegenläufigen Permeabilitätsänderungen er­ gibt sich für die Differenzinduktivität der beiden Meßspulen 6, 7 eine Addition der Beträge der Meßeffekte beider Meßspulen 6, 7 mit den bereits dargestellten Vorteilen.

Der Druckaufnehmer weist einen Druckraum 13 auf, in welchem sich der zu messenden Druck p aufbaut und auf die Druckscheibe 3 wirkt. Der Druckraum 13 wird öffnungsseitig durch das Flansch­ teil 1, seitlich durch eine Innenmantelfläche des äußeren Hül­ senkörpers 2 und durch die Druckscheibe 3 begrenzt. Die Druck­ scheibe 3 trennt das Volumen des äußeren Hülsenkörpers 2 in den Druckraum 13 einerseits und einen druckdicht abgetrennten Spu­ lenraum 17 andererseits. Die Druckscheibe 3 ist passend in den äußeren Hülsenkörper 2 eingelassen, wobei ein zwischen Rand der Druckscheibe 3 und äußerem Hülsenkörper 2 eingelassenes Dichte­ lement 11, z. B. ein Dichtungsring, einen druckdichten Abschluß herstellt, ohne daß Längskräfte von der Druckscheibe 3 auf den äußeren Hülsenkörper 2 und umgekehrt übertragen werden können.

Das Flanschteil 1 und ein umschließendes Gehäuse 10 sind aus ei­ nem weichmagnetischen Werkstoff gefertigt und erfüllen nicht nur eine mechanische Schutzfunktion, sondern dienen auch der magne­ tischen Abschirmung der Meßschichten 4, 5 gegenüber externen Ma­ gnetfeldern.

Die Funktionsweise des Druckaufnehmers ist nun wie folgt: Über das Gewindestück 15 am Flanschteil 1 wird der Druckaufnehmer an die Meßstelle angeschlossen. Der zu messende Druck p baut sich im Druckraum 13 auf und wirkt auf die Druckscheibe 3. Dadurch wird eine mechanische Druckkraft auf den innere Hülsenkörper 12 ausgeübt. Dieser stützt sich wiederum gegen das Bodenteil 14 des äußeren Hülsenkörpers 2 ab. Da der äußere Hülsenkörper 2 mit dem Flanschteil 1 fest verbunden ist, treten in ihm mechanische Zug­ kräfte auf. Die Druckspannungen in dem inneren Hülsenkörper 12 bewirken nun eine Vergrößerung der magnetischen Permeabilität der Meßschicht 5 während die Zugspannungen in dem äußeren Hül­ senkörper 2 eine Verringerung der magnetischen Permeabilität der Meßschicht 4 bewirkt. Dadurch werden die Induktivitäten der bei­ den Meßspulen 6 und 7 durch den festen magnetischen äußeren Kreis 8 mit der magnetisch veränderlichen Meßschicht 4 sowie den festen magnetischen inneren Kreis 9 mit der magnetisch veränder­ lichen Meßschicht 5 in ihrem Wert gegensinnig verändert. Die In­ duktivität der Meßspule 7 wird größer und die Induktivität der Meßspule 6 wird kleiner. Da konstruktiv bedingt die beiden Meß­ schichten 4, 5 dem gleichen Temperaturfeld ausgesetzt sind, be­ wirken die gleichlaufenden Temperaturänderungen in den Meß­ schichten gleichlaufende Änderungen ihrer magnetischen Permeabi­ lität und damit ihrer Induktivitäten. Damit wird eine sehr gute Kompensation der thermischen Nullpunktsdrift und der thermischen Empfindlichkeitsänderung erreicht.

Ohne weiteres sind auch Ausführungsformen denkbar, bei denen nur einer der Hülsenkörper so ausgebildet ist, daß er unter Druck­ einwirkung eine Längenänderung erfährt, welche vermittels einer magnetoelastischen Meßschicht zur Druckmessung auswertbar ist. Dann dient die Meßschicht des sich nicht unter Druckeinwirkung verändernden Hülsenkörpers allein zur Kompensierung von Tempera­ tureffekten und erfüllt die Funktion einer Referenzschicht, wie sie aus der DE 36 04 088 C2 bekannt ist. Jedoch geht dabei ver­ loren der Vorteil der möglichen Verdopplung des Meßbereiches be­ ziehungsweise Halbierung der Nichtlinearität.

In Fig. 2 ist eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen magnetoe­ lastischen Druckaufnehmers zu einem Differenzdruckaufnehmer dar­ gestellt, welcher den Differenzdruck zweier anschließbarer Druckwellen mißt. Für funktionell entsprechende Bauteile wurden die gleichen Positionszeichen wie in Fig. 1 verwendet. Der linke Teil des Differenzdruckaufnehmers in Fig. 2, beginnend mit dem Flanschteil 1 und dem Gewindestück 16 entspricht in Aufbau und Funktion dem des Druckaufnehmers in Fig. 1. Dem Flanschteil 1 gegenüberliegend und unter Einschluß der beiden Hülsenkörper 2, 12 ist weitgehend spiegelbildlich ein zweites Flanschteil 1′ mit einem zweiten Gewindestück 16′ angeordnet. Eine zweite Druckkam­ mer 13′ nimmt den durch eine Öffnung 15′ im zweiten Gewindestück 16′ eingelassenen Druck p2 einer zweiten Druckwelle auf. Die zweite Druckkammer 13′ wird seitlich von der Mantelfläche einer Druckkammerhülse 20, öffnungsseitig von dem zweiten Flanschteil 1′ und diesem gegenüberliegend von einer zweiten Druckscheibe 3′ begrenzt. Die Druckscheibe 3′ ist passend in die Druckkammerhül­ se 20 eingelassen, wobei ein zwischen Rand der Druckscheibe 3′ und der Druckkammerhülse 20 eingelassenes zweites Dichtelement 11′ einen druckdichten Abschluß herstellt, ohne daß Längskräfte von der Druckscheibe 3′ auf die Druckkammerhülse 20 übertragen werden können. Es ist vorteilhaft, die Druckkammerhülse 20 als über das Bodenteil 14 hinausgehende Verlängerung des äußeren Hülsenkörpers 2 mit diesem einstückig auszubilden. In dieser Ausbildung muß jedoch der Abschluß der Druckkammerhülse 20 ge­ genüber dem zweiten Flanschteil 1′ druckdicht und keine Längs­ kräfte übertragend ausgeführt sein, was ebenfalls durch ein ge­ eignetes weiteres Dichtungselement 11′′ erfolgen kann.

Der Spulenraum 17 wird somit auf der linken Seite von der ersten Druckscheibe 3 und auf der rechten Seite von der zweiten Druck­ scheibe 3′ druckdicht abgeschlossen. Beide Druckscheiben 3, 3′ sind durch eine Koppelhülse 18 mechanisch starr miteinander ver­ bunden. In platzsparender Weise ist die Koppelhülse 18 koaxial innerhalb des inneren Hülsenkörpers 12 angeordnet und wird von diesem eingeschlossen.

Bei Druckbeaufschlagung mit einem Druck p1 von links über das erste Gewindestück 1 ist die Funktionsweise analog zu der des Druckaufnehmers in Fig. 1: Auf den inneren Hülsenkörper 12 wirkt dann eine Druckspannung und auf den äußeren Hülsenkörper 2 eine Zugspannung, wie bereits oben beschrieben.

Wird über das zweite Gewindestück 16′ von der rechten Seite ein Vergleichsdruck p2 in die zweite Druckkammer 13′ eingelassen, so wird mit diesem Druck p2 die zweite Druckscheibe 3′ beauf­ schlagt. Über die Koppelhülse 18 wird eine entsprechende Druck­ kraft auf die erste Druckscheibe 3 übertragen und wirkt einer dort wirkenden Druckkraft entgegen, so daß nur noch eine aus der Druckdifferenz p1-p2 resultierende Druckkraft auf die Hülsenkör­ per 12, 2 wirkt. Wenn der rechte Druck p2 größer als der linke Druck p1 ist, so wirkt auf den inneren Hülsenkörper 12 eine Zug- und auf den äußeren Hülsenkörper 2 eine Druckspannung.

Insgesamt wirken bei beidseitiger Druckbeaufschlagung in den beiden Hülsenkörpern 12, 2 resultierende Zug- und Druckkräfte, welche über entsprechenden Längenänderungen in den dünnwandigen Abschnitten mechanischen Spannungen in den Meßschichten 4 bzw. 5 erzeugen, die aufgrund der magnetoelastischen Kopplung in magne­ tische Permeabilitätsänderung umgewandelt werden. Die Meßspulen 6, 7 formen über die entsprechenden magnetischen Kreise die ma­ gnetischen Permeabilitätsänderungen in Induktivitätsänderungen der Meßspulen 6, 7 um. In vorteilhafter Weise sind die beiden Meßspulen 6, 7 zu einer induktiven Halbbrücke verschaltet und werden in der bereits geschilderten Weise elektronisch ausgewer­ tet.

Der erfindungsgemäße Differenzdruckaufnehmer gemäß Fig. 2 ermög­ licht relative Druckdifferenzen zu messen, unter Beibehaltung der platzsparenden radialen Bauform und aller bereits geschil­ derten Vorteile. Es sind ohne weiteres alternative Bauformen zu den Ausführungsformen in Fig. 1 und Fig. 2 denkbar, insbesondere hinsichtlich der Ausbildung der Hülsenkörper, der Anordnung der Meßschichten und Meßspulen, welche den erfindungsgemäßen Gedan­ ken verwirklichen.

Als Meßschichten werden Schichten aus einem amorphen oder nano­ kristallinen, weichmagnetischen und magnetostriktiven (magnetoelastischen) Material mit einer im folgenden näher er­ läuterten chemischen Zusammensetzung verwendet.

Die magnetoelastischen Metallschichten bestehen hauptsächlich aus Nickel mit Zusätzen von weniger als 8% Phosphor P, vorzugs­ weise weniger als 3% Phosphor, weniger als 2% Antimon Sb und we­ niger als 5% Kobalt Co, alle Angaben in Gewichtsprozenten. Der zu 100% fehlende Gewichtsanteil wird vom Hauptbestandteil Nickel Ni gebildet. Jeder Zwischenwert aus den oben angegebenen Ge­ haltsbereichen ergibt eine für eine Meß- bzw. Referenzschicht taugliche Stoffkombination. Dabei ist es auch möglich, anstelle von Kobalt ein anderes Übergangsmetall zu verwenden, beispiels­ weise Eisen. Außerdem kann anstelle von Antimon ein anderes Ele­ ment der IV.- oder V.-Hauptgruppe des Periodensystems, bei­ spielsweise Blei, Verwendung finden.

Das Übergangsmetall, hier Kobalt, bewirkt eine Anhebung der Kri­ stallisationstemperatur der Meßschicht auf über 700°K und eine Anhebung der Currietemperatur von Nickel. Das Element der IV.- oder V.-Hauptgruppe, hier Antimon Sb oder Blei Pb, bewirkt durch den hohen Anteil an Atombindungen eine beträchtliche Erhöhung des spezifischen elektrischen Widerstandes, so daß eine beson­ ders effiziente Dämpfung von eventuell auftretenden Wirbelströ­ men gegeben ist. Der Phosphorzusatz beeinflußt die Amorphizität und die magnetische Isotropie der Schicht und somit deren weichmagnetischen Eigenschaften. Ein Phosphor-Anteil von mehr als 3% führt zu einer Abnahme des Ferromagnetismus und somit zu einer Abnahme des magnetostriktiven (magnetoelastischen) Effek­ tes. Des weiteren hat sich gezeigt, daß durch Zugeben von geeig­ neten eigenspannungsbeeinflussenden Verbindungen, wie z. B. Sac­ charin, in das Herstellungs-Elektrolytbad die Eigenspannungen der Schicht günstig beeinflußt werden, was zur Erhöhung der Ma­ gnetoelastizität beiträgt.

Unter Verwendung der bereits aufgeführten Bestandteilen können geeignete Zusammensetzungen der Meßschicht auch mit der chemi­ schen Formel A_1-xB_x angegeben werden, wobei x Werte zwischen 0 und 1 annimmt. Dabei ist A eine Menge aus vorzugsweise zwei fer­ romagnetischen Übergangmetallen M1 und M2, insbesondere Ni für M1 und Co für M2, und B eine Menge aus Metalloiden m1 und m2, wobei P für m1 und Sb für m2 sein kann. Ein mögliches Mengenver­ hältnis ist dabei (M1_0,9, M2_0,1)_0,8(m1_0,5, m2_0,5)_0,2. Grundsätz­ lich wird die Magnetostriktionskonstante durch die Zusammenset­ zung der Schicht beeinflußt. Bei kontinuierlicher Änderung des Mengenverhältnisses M1 : M2 von 9 : 1 nach 1 : 9 geht die Magneto­ striktionskonstante vom negativen zum positiven Vorzeichen über, wobei bei einem Mengenverhältnis von ca. 1 : 1 eine minimale Ma­ gnetostriktion durchlaufen wird.

Zum mechanischen und chemischen Schutz der Meßschicht kann als Schutzschicht eine magnetoelastische Schicht mit einem höheren Phosphor-Gehalt (< 8% Phosphor) aufgebracht werden.

Das Aufbringen der magnetoelastischen Schicht auf einen Träger, kann durch atomares Aufwachsen erfolgen, z. B. durch chemische Oberflächenreduktion, elektrolytische Abscheidung, durch ein physikalisches Aufdampfverfahren (PVD, Physical Vapour Depositi­ on), ein chemisches Aufdampfverfahren (CVD, Chemical Vapour De­ position), Ionenimplantation bzw. durch Kombinationen oder Va­ riationen der genannten Verfahren. Bekannte Verfahren verwenden moderne Techniken wie Ultraschall, Laser oder Plasma und der­ gleichen. Alternativ ist es möglich, ein magnetoelastisches Bau­ teil massiv aus amorphem Werkstoff mittels mechanischen Legie­ rens der Bestandteile herzustellen.

Claims (10)

1. Magnetoelastischer Druckaufnehmer mit einem unter Einfluß ei­ nes zu messenden Druckes elastisch verformbaren Hülsenkörper, welcher mit einer magnetoelastischen Meßschicht beschichtet ist, deren Permeabilitätsänderungen als Induktivitätsänderungen einer zugeordneten Meßspule erfaßbar sind, wobei zur Fehlerkompensati­ on eine zweite Meßspule vorgesehen ist, die einer zweiten, nicht in gleicher Weise vom Druck beeinflußten Meßschicht zugeordnet ist, wobei die beiden Meßspulen elektrisch zu einer induktiven Halbbrücke verschaltbar und an ein Meßgerät zur Auswertung der Differenzinduktivität anschließbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Druckaufnehmer einen inneren Hülsenkörper (12) aufweist, der im Inneren eines äußeren Hülsenkörpers (2) koaxial angeord­ net ist,

• - wobei der innere Hülsenkörper (12) stirnseitig mit einer Druck­ scheibe (3) abgeschlossen ist und an seinem anderen Ende sich gegen ein den äußeren Hülsenkörper (2) abschließendes Bodenteil (14) abstützt und der äußere Hülsenkörper (2) stirnseitig, un­ ter Einschluß des inneren Hülsenkörpers (12) und der Druck­ scheibe (3), mit einem Flanschteil (1) zur Befestigung an einer Meßstelle abgeschlossen ist, wobei das Flanschteil (1) eine Öffnung (15) aufweist, durch welche die Druckscheibe (3) mit dem zu messenden Druck (p) beaufschlagbar ist,
• - wobei jeder Hülsenkörper (2, 12) auf seiner Mantelfläche eine magnetoelastische Meßschicht (4, 5) trägt, deren Permeabilität­ sänderungen durch zugeordnete Meßspulen (6, 7) erfaßbar sind,
• - wobei mindestens einer der beiden Hülsenkörper (2, 12) so aus­ gebildet ist, daß bei Druckbeaufschlagung der Druckscheibe (3), infolge derer der innere Hülsenkörper (12) einer Druckspannung und der äußere Hülsenkörper (2) einer entgegengesetzten Zugs­ pannung ausgesetzt ist, eine geringe Längenänderung des Hülsen­ körpers (2, 12) im Bereich der Meßschicht (4, 5) eintritt, wel­ che zu einer meßbaren Permeabilitätsänderung führt.

2. Magnetoelastischer Druckaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckaufnehmer einen Druckraum (13) aufweist, in welchen der zu messenden Druck (p) einlaßbar und in welchem die Druck­ scheibe (3) mit dem zu messendem Druck (p) beaufschlagbar ist.

3. Magnetoelastischer Druckaufnehmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (13) seitlich durch eine Innenmantelfläche des äußeren Hülsenkörpers (2), öffnungsseitig durch das Flanschteil (1), und diesem gegenüberliegend durch die Druckscheibe (3) be­ grenzt ist, wobei die Druckscheibe (3) passend in den äußeren Hülsenkörper (2) eingelassen ist und ein zwischen Rand der Druckscheibe (3) und äußerem Hülsenkörper (2) eingelassenes Dichtelement (11), insbesondere ein Dichtungsring, einen druck­ dichten Abschluß herstellt, ohne daß Längskräfte von der Druck­ scheibe (3) auf den äußeren Hülsenkörper (2) übertragbar sind.

4. Magnetoelastischer Druckaufnehmer nach einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Druckscheibe (3′), welche mit einem zweiten Druck (p2) beaufschlagbar ist, über eine koaxial innerhalb des inneren Hülsenkörpers (12) angeordnete Koppelhülse (18) mecha­ nisch starr verbunden ist.

5. Magnetoelastischer Druckaufnehmer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Flanschteil (1) gegenüberliegend und unter Einschluß der beiden Hülsenkörper (2, 12) sowie der zweiten Druckscheibe (3′) ein zweites Flanschteil (1′) mit einer Öffnung (15′) angeordnet ist, wobei das zweite Flanschteil (1′) und die zweite Druck­ scheibe (3′) eine zweite Druckkammer (13′) begrenzen.

6. Magnetoelastischer Druckaufnehmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Druckkammer (13′) seitlich durch die Mantelfläche einer Druckkammerhülse (20) begrenzt ist, wobei die Druckscheibe (3′) passend in die Druckkammerhülse (20) eingelassen ist und ein zwischen Rand der zweiten Druckscheibe (3′′) und Mantelfläche eingelassenes zweites Dichtelement (11′) einen druckdichten Ab­ schluß herstellt, ohne daß Längskräfte übertragbar sind.

7. Magnetoelastischer Druckaufnehmer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammerhülse (20) als über das Bodenteil (14) hin­ ausragende Verlängerung des äußeren Hülsenkörpers (2) mit diesem einstückig ausgebildet ist.

8. Magnetoelastischer Druckaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Meßspulen (6, 7) zu einer induktiven Halbbrücke verschaltet sind.

9. Magnetoelastischer Druckaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbildung des Hülsenkörpers (2, 12), infolge derer der Hülsenkörper unter Druck- oder Zugspannung eine geringe Länge­ nänderung erfährt, durch eine Reduzierung der Wandstärke im Be­ reich der Meßschicht (4, 5) verwirklicht ist.

10. Magnetoelastischer Druckaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetoelastischen Meßschichten (4, 5) chemisch zusam­ mengesetzt sind aus einem Hauptbestandteil Nickel mit Zusätzen von weniger als 8% Phosphor, weniger als 2% eines Elementes der IV. oder V. Hauptgruppe des Periodensystems, insbesondere Anti­ mon oder Blei, und weniger als 5% eines Übergangsmetalles, ins­ besondere Kobalt.